DE102013113347A1

DE102013113347A1 - Inertialkraftgenerator with integrated holding mechanism

Info

Publication number: DE102013113347A1
Application number: DE102013113347.9A
Authority: DE
Inventors: Stefan Storm; Rudolf Maier
Original assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2015-06-03
Also published as: EP2879282B1; EP2879282A3; EP2879282A2

Abstract

Ein Kraftgenerator (10) für ein aktives Resonanzsystem, insbesondere für ein Luftfahrzeug, umfasst ein Gehäuse (14), an dem eine Tauchspule (18) befestigt ist, ferner einen Schwinger (20) mit mindestens einem Permanentmagneten (28), der einen Ringschlitz (34) für die Tauchspule (18) umfasst, wobei der Schwinger (20) mittels elastischer Halterungen (22a, 22b) mit einem Bewegungsfreiheitsgrad derart im Gehäuse (14) aufgehängt ist, dass eine schwingende Bewegung in Axialrichtung des Ringschlitzes (34) erfolgt, wobei ferner im Gehäuse (14) ein Anker (16) angeordnet ist, der bei Annäherung des Schwingers (20) diesen anzieht. Damit lassen sich mit nur einer aktiven Erregung einer Spule sowohl dynamisch Inertialkräfte erzeugen als auch hohe Haltekräfte in einer Verriegelungsposition.A force generator (10) for an active resonance system, in particular for an aircraft, comprises a housing (14) to which a plunger coil (18) is fastened, and also a vibrator (20) with at least one permanent magnet (28) having a ring slot (FIG. 34) for the plunger coil (18), wherein the oscillator (20) by means of elastic supports (22a, 22b) with a degree of freedom of movement in the housing (14) is suspended in such a way that a swinging movement in the axial direction of the annular slot (34) further in the housing (14) an armature (16) is arranged, which attracts the approach of the vibrator (20) this. Thus, with only one active excitation of a coil can be both dynamically inertial forces generate as well as high holding forces in a locking position.

Description

Die Erfindung betrifft einen Inertialkraftgenerator für ein aktives Resonanzsystem, ein damit versehenes Resonanzsystem, ein Verfahren zum Ver- und Entriegeln des Resonanzsystems und eine Verwendung des Resonanzsystems. The invention relates to an inertial force generator for an active resonance system, a resonant system provided therewith, a method for locking and unlocking the resonance system and a use of the resonance system.

Aktive Resonanzsysteme bestehend aus einem Kraftgenerator, einer Feder und Inertialmasse (z. B. Inertialkraftgeneratoren) und werden für einen bestimmten Kraft- und Frequenzbereich ausgelegt. Treten kurzzeitig höhere Beschleunigungen auf (z. B. beim Start oder Absprengen einer Trägerrakete, Hochfahren eines Triebwerks), kann dies zur Beschädigung des aktiven Systems führen. Active resonance systems consisting of a force generator, a spring and inertial mass (eg inertial force generators) are designed for a specific force and frequency range. If higher accelerations occur for a short time (eg when a launcher is started or fired, when an engine is started up), this can damage the active system.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und einen Kraftgenerator für ein aktives Resonanzsystem, ein damit versehenes Resonanzsystem, ein Verfahren zum Ver- und Entriegeln des Resonanzsystems und eine Verwendung des Resonanzsystems bereitzustellen, das sich durch eine geringe Zahl an Systemkomponenten, geringes Systemgewicht und eine einfache und zuverlässige Möglichkeit der Ver- und Entriegelung auszeichnet. The invention has for its object to avoid these disadvantages and to provide a force generator for an active resonance system, a resonant system provided therewith, a method for locking and unlocking of the resonance system and a use of the resonance system, characterized by a small number of system components, low System weight and a simple and reliable way of locking and unlocking is characterized.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch einen Kraftgenerator für ein aktives Resonanzsystem, umfassend ein Gehäuse, an dem eine Tauchspule befestigt ist, ferner umfassend einen Schwinger mit mindestens einem Permanentmagneten, der einen Ringschlitz für die Tauchspule aufweist, wobei der Schwinger mittels elastischer Halterungen mit einem Bewegungsfreiheitsgrad im Gehäuse so aufgehängt ist, dass eine schwingende Bewegung in Axialrichtung des Ringschlitzes erfolgt, wobei ferner im Gehäuse ein Anker angeordnet ist, der bei Annäherung des Schwingers diesen magnetisch anzieht, so dass der Schwinger dadurch gegen die Kraft der elastischer Halterungen gegen den Anker in eine verriegelte Stellung bewegbar ist. According to the invention, this object is achieved by the features specified in the claims. In particular, the object is achieved by a force generator for an active resonance system comprising a housing to which a plunger coil is attached, further comprising a vibrator having at least one permanent magnet having a ring slot for the plunger coil, wherein the oscillator means of elastic supports with a degree of freedom is suspended in the housing so that a swinging movement takes place in the axial direction of the annular slot, wherein further in the housing an armature is arranged, which magnetically attracts the approach of the vibrator, so that the oscillator against the force of the elastic mounts against the armature in a locked position is movable.

Bei der Erfindung handelt es sich um ein elektromechanisches System, das unter Ausnutzung des Lorentz- und Reluktanzprinzips mit nur einer aktiven Erregung (Spule) sowohl dynamisch Inertialkräfte erzeugen kann als auch hohe Haltekräfte an einer Endposition generiert. The invention is an electromechanical system which, utilizing the Lorentz and reluctance principle with only one active excitation (coil), can both dynamically generate inertial forces and generate high holding forces at an end position.

Bei der Erfindung ist die gewichtsmäßig leichte Tauchspule mit dem Gehäuse verbunden und somit deren Zuleitung keiner Relativbewegung ausgesetzt, gleichzeitig wird eine gute Kühlung sichergestellt. Die Masse des schwingungsfähigen magnetischen Systems wird zur Kraftgenerierung verwendet, dadurch kann auf zusätzliche Massen verzichtet werden und es ist ein geringes Systemgewicht erreichbar. Die Funktion der Tauchspule ist, mit dem magnetischen System dynamische Inertialkräfte zu generieren, die Verriegelungsposition anzufahren und wieder zu lösen. Bei geeigneter Wahl des Permanentmagneten und der Feder ist ein stromloses Verweilen in der Verriegelungsposition möglich; dies spart Energie und erhöht die Betriebssicherheit. Dabei wird die Rückstellkraft der Feder kleiner oder gleich der Haltekraft des Permanentmagneten gewählt. Die Haltekraft kann durch Aktuierung der Tauchspule weiter verstärkt werden. Der Test des Verriegelungssystems ist jederzeit und wiederholbar durchführbar. In the invention, the weight-light plunger coil is connected to the housing and thus their supply line is not exposed to any relative movement, at the same time a good cooling is ensured. The mass of the oscillatory magnetic system is used to generate power, this can be dispensed with additional masses and it is a low system weight achievable. The function of the plunger coil is to generate dynamic inertial forces with the magnetic system, to approach and release the locking position. With a suitable choice of the permanent magnet and the spring an electroless lingering in the locking position is possible; This saves energy and increases operational safety. The restoring force of the spring is chosen to be smaller than or equal to the holding force of the permanent magnet. The holding force can be further enhanced by actuation of the plunger coil. The test of the locking system can be carried out at any time and repeatable.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Schwinger einen Topf, an dem zentrisch der Permanentmagnet angebracht ist. Diese Ausbildung ist baulich einfach und kompakt. Durch Wahl der Wandstärke wird die gewünschte magnetische Leitfähigkeit erreicht, wobei grundsätzlich eine geringe schwingende Masse des Schwingers erstrebenswert ist. Diese wird so gewählt, dass ein System mit optimalem Leistungsgewicht (d.h. einem maximalen Kraft/Gewicht-Verhältnis) erzielt wird. Erfüllt die Systemauslegung die Anforderung der erforderlichen Aktuatorkraft bei max. Leistungsgewicht, kann meist ohne größeren Aufwand über die Anpassung der Schwingungsamplitude die zu generierende Inertialkraft eingestellt werden. Die gewünschte Resonanzfrequenz wird schließlich durch die Wahl der Federsteifigkeit erreicht. According to an advantageous development, the oscillator comprises a pot on which the permanent magnet is centrally mounted. This training is structurally simple and compact. By choosing the wall thickness, the desired magnetic conductivity is achieved, in principle, a small oscillating mass of the vibrator is desirable. This is chosen to achieve a system with optimum power-to-weight ratio (i.e., maximum power-to-weight ratio). Does the system design meet the requirement of the required actuator force at max. Power weight, can usually be adjusted without much effort on the adjustment of the vibration amplitude, the inertial force to be generated. The desired resonance frequency is finally achieved by the choice of spring stiffness.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung sind innenseitig am Topf und am Permanentmagneten magnetisierbare Ringabschnitte zur Ausbildung des Ringschlitzes angebracht. Hierdurch lässt sich baulich einfach der Ringschlitz für die Tauchspule ausbilden. According to another advantageous development magnetizable ring sections are attached to the inside of the pot and the permanent magnet to form the annular slot. As a result, structurally simple, the annular slot for the plunger coil can be formed.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist der Schwinger an zwei axial beabstandeten Stellen mittels gleichartiger elastischer Halterungen am Gehäuse angebracht. Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung sind die elastischen Halterungen als Federn ausgebildet. Vorzugsweise sind dabei zwischen Gehäuse und Schwinger zwei axial beabstandete Gruppen von je mindestens drei am Axialumfang verteilten Federn angeordnet. Alternativ können auch Ringscheiben (z.B. Tellerfeder), vorzugsweise aus Beryllimkupfer, über den gesamten Axialumfang verwendet werden. Diese Ausbildungen ermöglichen eine baulich einfache Fixierung des Schwingers, die nur einen translatorischen Freiheitsgrad zulässt. According to another advantageous development of the oscillator is attached to two axially spaced locations by means of similar elastic brackets on the housing. According to another advantageous development, the elastic mounts are formed as springs. Preferably, two axially spaced groups of at least three springs distributed on the axial circumference are arranged between housing and oscillator. Alternatively, annular discs (e.g., disc spring), preferably beryllium copper, may be used over the entire axial circumference. These designs allow a structurally simple fixation of the vibrator, which allows only a translatory degree of freedom.

Aufgrund der Federn erhält man ein resonantes System. Der Vorteil davon ist: In der Nähe der Resonanzfrequenz kann elektrische Energie gespart werden, da bei geringer elektrischer Ansteuerung (=geringe Aktuatorkraft) hohe Inertialkräfte generiert werden. Due to the springs you get a resonant system. The advantage of this is that near the resonance frequency electrical energy can be saved, since at low electrical Actuation (= low actuator force) high inertial forces are generated.

Die Erfindung betrifft ein Resonanzsystem umfassend einen vorbeschriebenen Kraftgenerator sowie eine Kontrolleinrichtung für den elektrischen Anschluss der Tauchspule. The invention relates to a resonance system comprising a previously described power generator and a control device for the electrical connection of the plunger coil.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Verriegeln des Resonanzsystems, wobei durch Ansteuerung der Tauchspule eine auf den Schwinger wirkende Anziehungskraft erzeugt wird, wodurch dieser an den Anker herangezogen wird, bis eine zwischen Schwinger und Anker wirkenden elektromagnetische Anziehungskraft diese in Kontakt zieht und hält. Es handelt sich um einen fließenden Übergang zwischen den beiden Prinzipien. Damit ist auf sehr einfache Weise eine Verriegelung möglich, die ohne elektrische Energie und ohne weitere elektromechanische Systeme allein durch Permanentmagnetismus im verriegelten Zustand bleibt. The invention further relates to a method for locking the resonance system, wherein an attraction force acting on the oscillator is generated by driving the plunger, whereby it is used to the armature until an electromagnetic attraction force acting between oscillator and armature pulls and holds them in contact. It is a fluid transition between the two principles. This is a very simple way a lock possible that remains without electrical energy and without further electromechanical systems solely by permanent magnetism in the locked state.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Entriegeln des verriegelten Resonanzsystems, wobei durch Ansteuerung der Tauchspule die Haltekraft aufgehoben wird. Bei Erzeugung eines kurzzeitigen Gegenfeldes durch die Spule wird die Haltekraft soweit abgebaut, dass die rücktreibende Federkraft den Schwinger wieder in den Betriebszustand der dynamischen Kraftgenerierung bringt. Hierdurch wird auf einfachste Weise eine Entriegelung bewirkt. The invention further relates to a method for unlocking the locked resonance system, wherein the holding force is canceled by controlling the plunger coil. When generating a short-term opposing field through the coil, the holding force is reduced so far that the restoring spring force brings the oscillator back to the operating state of dynamic power generation. As a result, an unlocking is effected in the simplest way.

Für den Betrieb des Resonanzsystems ist es notwendig, die Position des Schwingers zu kennen. Dies erfolgt vorzugsweise durch einen Sensor, der den Abstand zwischen Schwinger und Anker misst und/oder mit Hilfe der ohnehin im Verstärker (z.B. Klasse-D) vorhandenen Messwerte von Spannung und Strom. Da bei Verzicht auf einen zusätzlichen Sensor eine höhere Betriebssicherheit erreicht wird, ist diese Ausführung bevorzugt. For the operation of the resonance system, it is necessary to know the position of the vibrator. This is preferably done by a sensor measuring the distance between the oscillator and armature and / or by means of the voltage and current measurements already present in the amplifier (e.g., class-D). Since waiving an additional sensor higher reliability is achieved, this embodiment is preferred.

Um für eine Ausführung ohne Abstandssensor aus dem Strom- und Spannungssignalen den Abstandswert zu generieren, sind vorzugsweise folgende Verfahren geeignet:
Gemäß einem ersten Verfahren ist in einem Microcontroller das physikalische Modell des Resonanzsystems hinterlegt und in kurzen Zeitabschnitten werden die Messwerte mit dem Modell verglichen, um mittels eines Optimierverfahres (nichtlinearer Modellansatz) oder eines inversen Modells (linearer Modellansatz) die aktuelle Position des Schwingers zu ermitteln. In order to generate the distance value from the current and voltage signals for an embodiment without a distance sensor, the following methods are preferably suitable:
According to a first method, the physical model of the resonance system is stored in a microcontroller and in short time intervals the measured values are compared with the model in order to determine the current position of the oscillator by means of an optimizing method (non-linear model approach) or an inverse model (linear model approach).

Gemäß einem zweiten Verfahren kann auf einen Microcontroller verzichtet werden und eine Steuerung auf Basis eines FPGA (Field Programmable Gate Array) erfolgen, was eine Zulassung für die Luft- und Raumfahrt deutlich vereinfacht. Hierbei erfolgt vorab eine Systemidentifizierung, indem für verschiedene Ansteuerfrequenzen (evtl. auch versch. Ansteueramplituden) die Spannungs- und Stromwerte gemessen und ihre zeitliche Ableitung und Integral (hochpassgefiltert) bestimmt werden. Diese Werte werden anschließend im Betrieb mit einer Lookup-Table verglichen und die entsprechende Position interpoliert. Die Erstellung der Lookup-Table erfolgt vorzugsweise durch Messung der Spannung- und Stromwerte inklusive des Abstandes mittels eines zusätzlichen Wegmesssystems in einem Prüfstand, um das individuelle Verhalten eines jeden Resonanzsystems genau zu beschreiben. Alternativ zur Messung kann die Erstellung der Lookup-Table auch auf der Basis eines physikalischen Modells erfolgen, wobei die Position des Schwingers in Abhängigkeit von Spannungs- und Stromwert und ihre zeitliche Ableitung und Integral (hochpassgefiltert) für verschiedene Ansteuerfrequenzen (evtl. auch versch. Ansteueramplituden) berechnet wird. According to a second method can be dispensed with a microcontroller and control based on a FPGA (Field Programmable Gate Array) done, which significantly simplifies a certification for the aerospace industry. In this case, a system identification is carried out in advance by measuring the voltage and current values and determining their time derivative and integral (high-pass filtered) for different drive frequencies (possibly also different drive amplitudes). These values are then compared during operation with a lookup table and the corresponding position is interpolated. The preparation of the look-up table is preferably carried out by measuring the voltage and current values including the distance by means of an additional displacement measuring system in a test stand, to accurately describe the individual behavior of each resonance system. As an alternative to the measurement, the lookup table can also be created on the basis of a physical model, the position of the oscillator being dependent on voltage and current value and their time derivative and integral (high-pass filtered) for different drive frequencies (possibly also different drive amplitudes ) is calculated.

Das Ausgangssignal der Reglereinheit (u.a. auch Steuereinheit) erfolgt vorzugsweise in einem Format, dass geeignet ist, direkt die Verstärkereinheit zu steuern. In vielen Fällen ist das Verfahren der Pulsweitenmodulation (PWM) geeignet. Damit kann auf eine in der Verstärkereinheit vorgesehene eigene Reglereinheit verzichtet werden und somit kann die Reglereinheit mit der Ansteuerelektornik des Verstärkers verschmolzen werden. The output signal of the control unit (including the control unit) is preferably in a format suitable for directly controlling the amplifier unit. In many cases, the method of pulse width modulation (PWM) is suitable. This makes it possible to dispense with a separate control unit provided in the amplifier unit, and thus the control unit can be fused with the drive electronics of the amplifier.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Resonanzsystems in einem Luftfahrzeug. Dies ist besonders vorteilhaft, weil zum einen ein möglichst geringes Gewicht von Vorteil ist und zum anderen die Zuverlässigkeit eine große Rolle spielt und dafür möglichst wenige bewegte Bauteile von Vorteil sind. The invention further relates to the use of the resonance system in an aircraft. This is particularly advantageous because, on the one hand, the lowest possible weight is advantageous and, on the other hand, reliability plays a major role and, as few moving components as possible are advantageous.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Dabei zeigt The invention will be further explained with reference to the accompanying drawings. It shows

1: einen schematischen Axialschnitt durch einen Kraftgenerator im entriegelten Zustand, 1 FIG. 2: a schematic axial section through a force generator in the unlocked state, FIG.

2: einen schematischen Axialschnitt durch den gleichen Kraftgenerator im verriegelten Zustand. 2 : A schematic axial section through the same power generator in the locked state.

In den 1 und 2 ist ein Kraftgenerator 10 in zwei Positionen dargestellt, nämlich in 1 in einem nicht verriegelten Zustand und in 2 in einem verriegelten Zustand. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in beiden Figuren gleiche Teile. In the 1 and 2 is a power generator 10 shown in two positions, namely in 1 in an unlocked state and in 2 in a locked state. Like reference numerals designate like parts in both figures.

Der Kraftgenerator 10 umfasst ein bezüglich einer Achse 12 rotationssymmetrisches Gehäuse 14, an dem innen zentrisch ein Anker 16 angebracht ist. Am Anker 16 oder direkt am Gehäuse 14 ist ferner eine bezüglich der Achse 12 rotationssymmetrische Tauchspule 18 über einen Abstandring 19 angebracht, die über nicht dargestellte Leitungen mit Strom versorgt wird. Dieser Abstandsring 19 besteht aus einem nicht-ferromagnetischen, aber gut wärmeleitenden Material, vorzugsweise CuBe2, und dient dazu, einen magnetischen Kurzschluss über den Anker zu vermeiden und zugleich die in der Tauchspule 18 erzeugte Wärme abzuleiten. The power generator 10 includes one with respect to an axis 12 rotationally symmetrical housing 14 , on the inside centric an anchor 16 is appropriate. At the anchor 16 or directly on the housing 14 is also one with respect to the axis 12 rotationally symmetrical plunger coil 18 over a spacer ring 19 attached, which is supplied via lines not shown with power. This spacer ring 19 consists of a non-ferromagnetic, but highly thermally conductive material, preferably CuBe2, and serves to avoid a magnetic short circuit across the armature and at the same time in the immersion coil 18 dissipate generated heat.

Am Gehäuse 14 ist ferner ein Schwinger 20 angebracht, und zwar über zwei bezüglich der Achse 12 versetzte elastische Halterungen 22a, 22b, derart, dass der Schwinger 20 in einem Freiheitsgrad, nämlich der Richtung der Achse 12, schwingen kann. Die elastischen Halterungen 22a, 22b sind vorzugsweise am Umfang verteilte Federn, jeweils mindestens drei, vorzugsweise vier. Die elastischen Halterungen 22a, 22b sind vorzugsweise wärmeleitend, um die im Schwinger 20 erzeugte Wärme zum Gehäuse 14 abzuleiten. At the housing 14 is also a vibrator 20 attached, over two with respect to the axis 12 staggered elastic mounts 22a . 22b , such that the oscillator 20 in one degree of freedom, namely the direction of the axis 12 , can swing. The elastic mounts 22a . 22b are preferably circumferentially distributed springs, each at least three, preferably four. The elastic mounts 22a . 22b are preferably thermally conductive to those in the transducer 20 generated heat to the housing 14 derive.

Der Schwinger 20 umfasst einen Topf 24 mit einer zylindrischen Wandung 26 und enthält zentrisch im Inneren einen Permanentmagneten 28, an dessen axial freiem Ende ein magnetisierbares Masseteil 30 angebracht ist. Alternativ kann der Magnet auch an anderen Stellen angeordnet sein, soweit der Magnetfluss einerseits durch die Tauchspule 18 und andererseits durch den Anker 16 gewährleistet ist. The vibrator 20 includes a pot 24 with a cylindrical wall 26 and contains a permanent magnet inside 28 , at the axially free end of a magnetizable mass part 30 is appropriate. Alternatively, the magnet can also be arranged at other locations, as far as the magnetic flux on the one hand by the plunger coil 18 and on the other hand by the anchor 16 is guaranteed.

Das Masseteil 30 kann auch direkt am Schwinger 20 befestigt sein. Sowohl an der Innenseite der Wandung 26 als auch außenseitig am Permanentmagneten 28 bzw. Masseteil 30 sind magnetisierbare Schlitzwandungen 32a, 32b angebracht, zwischen denen ein Ringschlitz 34 ausgebildet ist, der mit der Tauchspule 18 fluchtet. The mass part 30 can also be directly at the Schwinger 20 be attached. Both on the inside of the wall 26 as well as on the outside of the permanent magnet 28 or mass part 30 are magnetizable slot walls 32a . 32b attached, between which a ring slot 34 is formed, with the immersion coil 18 flees.

Um den Kraftgenerator 10 in Betrieb zu versetzen, wird mittels einer nicht dargestellten Kontrolleinrichtung mit geeigneter Frequenz und Amplitude ein Strom durch die Tauchspule 18 geleitet, welche im Feld des Permanentmagneten 28 über die Lorenzkraft eine in Richtung der Achse 12 wirkende Kraft erzeugt und damit den Schwinger 20 entgegen der Haltekraft der elastischen Halterungen 22a, 22b in Bewegung und damit in Schwingungen versetzt. Am Kraftgenerator 10 kann ferner ein Sensor zur Ermittlung der Position des Schwinger 20 angebracht sein, damit mittels der Kontrolleinrichtung eine Regelung erfolgen kann. To the power generator 10 to put into operation, by means of a control device, not shown, with a suitable frequency and amplitude, a current through the plunger coil 18 passed, which in the field of the permanent magnet 28 about the Lorenz force one in the direction of the axis 12 acting force and thus the oscillator 20 against the holding force of the elastic mounts 22a . 22b in motion and thus vibrated. At the power generator 10 Further, a sensor for detecting the position of the vibrator 20 be appropriate so that control can be done by means of the control device.

Um den Schwinger 20 in die in 2 dargestellte verriegelte Stellung zu bringen, wird über eine geeignete Strombeschickung der Tauchspule 18 eine auf den Schwinger 20 wirkende Kraft erzeugt, welche diesen dem Anker 16 annähert. Dieser Anker 16 bildet zusammen mit dem Permanentmagneten 28 des Schwingers 20 ein magnetisches System, bei dem die Magnetfeldlinien so abgeändert werden, dass sich das Gesamtsystem wie ein Permanentelektromagnet verhält. Bei Unterschreiten des Abstandes zwischen dem Anker 16 und dem Masseteil 30 ziehen sich beide Teile an, bis das Masseteil 30 am Anker 16 anschlägt und daran aufgrund der Magnetkraft selbst dann verbleibt, wenn der Strom in der Tauchspule 18 abgeschaltet wird. Mit anderen Worten ist der Kraftgenerator 10 also in einem verriegelten Zustand. To the Schwinger 20 in the in 2 shown locked position, via a suitable current feed the plunger coil 18 one on the vibrator 20 acting force generated, which this the anchor 16 approaches. This anchor 16 forms together with the permanent magnet 28 the vibrator 20 a magnetic system in which the magnetic field lines are modified so that the entire system behaves like a permanent electromagnet. When falling below the distance between the anchor 16 and the mass part 30 Both parts tighten until the mass part 30 at anchor 16 strikes and remains there due to the magnetic force even when the current in the plunger coil 18 is switched off. In other words, the power generator 10 So in a locked state.

Um diesen Kranftgenerator 10 aus dem in 2 gezeigten verriegelten in den in 1 gezeigten entriegelten Zustand zu bringen, muss lediglich eine ausreichend große Kraft durch Strombeschickung der Tauchspule 18 erzeugt werden, so dass dann der Schwinger 20 vom Anker 16 abhebt und von den elastischen Halterungen 22a, 22b in die in 1 gezeigte Stellung gezogen wird. To this crane generator 10 from the in 2 shown locked in the in 1 shown to bring unlocked state, only has a sufficiently large force by current loading of the plunger coil 18 be generated, so that then the oscillator 20 from the anchor 16 takes off and from the elastic mounts 22a . 22b in the in 1 shown position is pulled.

Eine geeignete Regelung kann auftretende Nichtlinearitäten ausgleichen, um höherharmonische Schwingungsanregung zu vermeiden. Hierfür ist entweder ein Abstandssensor nötig, oder es wird als Sensorsignal Strom und Spannung gemessen und über ein physikalisches Modell die Position des rotierenden Gehäuses 14 bestimmt. Ein Abstandssensor 35 ist vorzugsweise zwischen dem Anker 16 und dem Masseteil 30 angeordnet. A suitable control can compensate occurring nonlinearities in order to avoid higher harmonic vibration excitation. For this purpose, either a distance sensor is necessary, or it is measured as a sensor signal current and voltage and a physical model, the position of the rotating housing 14 certainly. A distance sensor 35 is preferably between the anchor 16 and the mass part 30 arranged.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist ein Resonanzsystem, das eine Schwingungsamplitude von 0.4 mm erzeugt. Bei einer schwingenden Masse von 250 gramm wird eine wirkende Inertialkraft (Masse mal Beschleunigung) von 0.4 N bis 40 N für den Frequenzbereich von 10 Hz bis 100 Hz. Die benötigte innere Kraft, die der Aktuator aufbringen muss, um die Schwingungsamplitude zu erzeugen, muss mindestens 20 N betragen (unter Ausnutzung von Resonanzüberhöhungen, Resonanzfrequenz im Bereich 10 Hz bis 100 Hz) oder mindestens 40 N betragen (ohne Ausnutzung von Resonanzüberhöhungen, Resonanzfrequenz kleiner 10 Hz). Der Abstand des rotationssymmetrischen Gehäuses 14 zum Anker 16 beträgt ca. 2 mm. Die Haltekraft an der Verriegelungsposition beträgt etwa 200 N im stromlosen Zustand und 300 N bei zusätzlicher elektrischer Unterstützung durch die Spule. A preferred embodiment is a resonance system that generates a vibration amplitude of 0.4 mm. At a vibrating mass of 250 grams, an acting inertial force (mass times acceleration) becomes from 0.4 N to 40 N for the frequency range of 10 Hz to 100 Hz. The required internal force that the actuator must apply in order to generate the vibration amplitude must be at least 20 N (taking advantage of resonance peaks, resonant frequency in the range 10 Hz to 100 Hz) or at least 40 N (without exploiting resonance peaks, resonant frequency less than 10 Hz). The distance of the rotationally symmetrical housing 14 to the anchor 16 is about 2 mm. The holding force at the locking position is about 200 N in the de-energized state and 300 N with additional electrical assistance from the coil.

Eine geeignete Regelung kann auftretende Nichtlinearitäten ausgleichen, um höherharmonische Schwingungsanregung zu vermeiden. Hierfür ist entweder ein Abstandssensor nötig, oder es wird als Sensorsignal Strom und Spannung gemessen und über ein physikalisches Modell die Position des rotierenden Gehäuses 14 bestimmt. A suitable control can compensate occurring nonlinearities in order to avoid higher harmonic vibration excitation. For this purpose, either a distance sensor is necessary, or it is measured as a sensor signal current and voltage and a physical model, the position of the rotating housing 14 certainly.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 10: Kraftgenerator power generator
12 12: Achse axis
14 14: Gehäuse casing
16 16: Anker anchor
18 18: Tauchspule moving coil
19 19: Abstandring spacer ring
20 20: Schwinger Schwinger
22a, b 22a, b: elastische Halterung elastic mount
24 24: Topf pot
26 26: Wandung wall
28 28: Permanentmagneten permanent magnets
30 30: Masseteil mass part
32a, b 32a, b: Schlitzwandungen slot walls
34 34: Ringschlitz ring slot
35 35: Abstandsensor distance sensor

Claims

Power generator ( 10 ) for an active resonance system, comprising a housing ( 14 ) to which a plunger ( 18 ), further comprising a vibrator ( 20 ) with at least one permanent magnet ( 28 ), which has a ring slot ( 34 ) for the plunger coil ( 18 ), wherein the oscillator ( 20 ) by means of elastic supports ( 22a . 22b ) with a degree of freedom of movement in the housing ( 14 ) is suspended so that a swinging movement in the axial direction of the annular slot ( 34 ), wherein further in the housing ( 14 ) an anchor ( 16 ) is arranged, the approach of the vibrator ( 20 ) magnetically attracts it, so that the oscillator ( 20 ) thereby against the force of the elastic mounts ( 22a . 22b ) against the anchor ( 16 ) is movable to a locked position.

Power generator ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the oscillator ( 20 ) a pot ( 24 ), at the center of which the permanent magnet ( 28 ) is attached.

Power generator ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that on the inside of the pot ( 24 ) and on the permanent magnet ( 28 ) magnetizable ring sections for forming the annular slot ( 34 ) are mounted.

Power generator ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the oscillator ( 20 ) at two axially spaced locations by means of similar elastic mounts ( 22a . 22b ) on the housing ( 14 ) is attached.

Power generator ( 10 ) according to claim 4, characterized in that the elastic supports ( 22a . 22b ) are designed as springs, in particular as annular discs of heat-conducting material with high fatigue strength.

Power generator according to claim 4, characterized in that between housing ( 14 ) and oscillators ( 20 ) are arranged two axially spaced groups of at least three distributed on the axial circumference springs.

Power generator according to one of the preceding claims, characterized in that the plunger coil ( 18 ) via a spacer ring ( 19 ) of a non-ferromagnetic and thermally conductive material on the housing ( 14 ) is attached.

Power generator ( 10 ) according to claim 7, characterized in that the spacer ring ( 19 ) consists of beryllium copper.

Power generator ( 10 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that this a distance sensor ( 35 ) for detecting the distance between oscillators ( 20 ) and anchors ( 16 ).

Resonance system comprising a force generator ( 10 ) according to one of the preceding claims and a control device for the electrical connection of the plunger coil ( 18 ).

Method for locking the resonance system according to claim 10, characterized in that by controlling the plunger coil ( 18 ) one on the oscillator ( 20 ) acting attraction force, whereby this to the anchor ( 16 ) is used until one between Schwinger ( 20 ) and anchors ( 16 ) electromagnetic attraction pulls and holds them in contact.

Method for determining the position of the vibrator ( 20 ) at a power generator ( 10 ) according to one of claims 1 to 9 by means of voltage and current measurement, characterized in that the physical model of the resonance system is stored in a microcontroller and the measured values are compared with the model in short time intervals in order to determine by means of an optimization method the current position of the oscillator ( 20 ) to investigate.

Method for determining the position of the vibrator ( 20 ) at a power generator ( 10 ) according to one of claims 1 to 9, wherein the voltage and current values and their time derivative and integral at different drive frequencies compared with a lookup table and the corresponding position is interpolated.

Use of the resonance system of claim 10 in a spacecraft.